链接过程分析（二）---ELF文件基础

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本文介绍了ELF文件的基础知识，包括三种类型：可重定位目标文件、可执行文件和共享库。重点分析了链接器如何将ELF文件视为Section集合，而加载器则将其视为Segment集合。通过两个视角对比，阐述了链接过程如何将Section转换为Segment，同时提到了Section Header Table和Program Header Table在不同阶段的作用。文章以max.s汇编程序为例，探讨了链接和加载过程中ELF文件的变化。

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以下文字大部分来源于《Linux C编程一站式学习》一书，只是增加了本人的一些解读和注释，原书对相关问题的描述更加系统化，建议参考。

2. ELF文件

ELF文件格式是一个开放标准，各种UNIX系统的可执行文件都采用ELF格式，它有三种不同的类型：

1. 可重定位的目标文件（Relocatable，或者Object File），<=== 如max.o

2. 可执行文件（Executable），<=== 如max

3. 共享库（Shared Object，或者 Shared Library），<=== 不是本节的内容，了解个名词即可

本节以前一节提供的max.s汇编程序为目标，分析 max.o 和 max 两个文件。

ELF格式提供了两种不同的视角，对应到我们分析的实例：

1. 链接器（ld命令）把输入文件max.o（ELF格式）看成是Section的集合；

2. 加载器（输入./max敲回车后由Linux自动调用完成）把输入文件max（ELF格式）看成是Segment的集合；

图2-1

上图2-1是原书提供的一个说明图。两点说明：

1）左边是从链接器的视角来看ELF文件(max.o)，开头的ELF Header描述了体系结构和操作系统等基本信息，并指出Section Header Table和Program Header Table在文件中的什么位置，Program Header Table在链接过程中用不到，所以在max.o中是可有可无的，Section Header Table中保存了所有Section的描述信息，通过Section Header Table可以找到每个Section在文件中的位置。

2）右边是从加载器的视角来看ELF文件(max)，开头是ELF Header，Program Header Table中保存了所有Segment的描述信息，Section Header Table在加载过程中用不到，所以在max中是可有可无的。

从上图可以看出，一个Segment由一个或多个Section组成，这些Section加载到内存时具有相同的访问权限。有些Section只对链接器有意义，在运行时用不到，也不需要加载到内存，那么就不属于任何Segment。注意Section Header Table和Program Header Table并不是一定要位于文件的开头和结尾，其位置由ELF Header指出，上图这么画只是为了清晰。

综合来看，如下图2-2所示：

图2-2

链接过程的横跨两种ELF格式文件的两头，其输入文件(max.o)是图2-1左边的视图--Section的集合，其输出文件(max)是图2-1右边的视图--Segment的集合。所以链接过程就是把一只ELF形式转化为另一种ELF形式的过程。后面将针对链接的输入和输出文件展开详细分析，以此了解链接过程所做的具体工作。